Kỹ thuật xây gạch đá/Khái niệm và cấu tạo

Khái niệm

Khối xây gạch đá (Brick or stone masonry) là tập hợp của những viên gạch đá riêng lẻ, được gắn chặt với nhau bằng vữa xây và được xếp thành hàng, thành lớp, giữa chúng là mạch hay mạch vữa, nhưng toàn bộ tập hợp đó phải sắp xếp theo quy luật nhất đinh (tức là không trùng mạch) để đảm bảo chịu lực (thường là các lực nén ép) như một thể thống nhất mà không có sự dịch chuyển của mọi viên thành phần. Vật liệu thành phần làm nên khối xây thường là những vật liệu ròn, chịu ứng suất nén rất tốt hơn rất nhiều chịu ứng suất kéo. Nên khối xây cũng chịu nén tốt.

Cấu tạo

cấu tạo cơ bản của khối xây chịu tải trọng nén thẳng đứng

Thành phần khối xây bao gồm các lớp gạch đá nằm chồng lên nhau. Lớp vữa nằm giữa hai lớp gạch đá kề nhau, có bề mặt trải rộng song song với mặt lớp và vuông góc với phương của lực nén, gọi là mạch vữa nằm. Một lớp xây bao gồm một lớp gạch đá đi kèm với một mạch vữa nằm bên dưới. Lớp xây có bề mặt vuông góc với phương tác dụng của lực nén. Các mạch vữa giữa các viên gạch đá trong một lớp (chỉ nằm trong nội bộ một lớp), và chúng nằm dọc theo phương chịu lực nén gọi là các mạch vữa đứng.

Lớp gạch hoặc đá là một phần của khối xây, là tập hợp của những viên gạch, đá nằm cùng trong một mặt phẳng, mà mặt phẳng này nằm vuông góc với phương ứng lực nén. Mỗi lớp gạch đá gồm một hay nhiều hàng, mà mỗi hàng là một dãy các viên gạch đá (nằm trong một lớp) nối tiếp nhau theo một hướng. Viên gạch đá có bề dài được xếp dọc theo chiều dài của hàng, gọi là viên dọc. Hàng gồm toàn viên dọc, gọi là hàng dọc. Viên gạch đá có bề ngang được xếp dọc theo chiều dài của hàng, gọi là viên ngang. Hàng gồm toàn viên ngang, gọi là hàng ngang. Hàng nằm giáp mặt bên khối xây gọi là hàng ngoài. Hàng nằm bên trong lõi khối xây gọi là hàng trèn.

Mạch vữa đứng, nằm giữa các hàng gạch đá trong một lớp xây, là mạch vữa đứng dọc (gọi tắt là mạch dọc). Mạch vữa đứng, nằm giữa các viên gạch trong mỗi một hàng của một lớp xây gọi là mạch đứng ngang (gọi tắt là mạch ngang).

Các lớp xây gồm chỉ toàn các hàng gạch dọc sắp theo cùng một hướng gọi là lớp xây dọc (lớp dọc thuần túy). Các lớp xây có tồn tại một hay nhiều hàng gạch ngang có thể gọi là lớp ngang.

Hàng gạch dọc và hàng gạch ngang.

Dùng viên khóa mạch ở lớp trên đặt vắt ngang qua mạch vữa đứng để xử lý hiện tượng trùng mạch.

Để đảm bảo cho khối xây chịu lực nén ép tốt như một thể thống nhất mà không có sự dịch chuyển của các phần khối xây, thì các mạch vữa đứng của các lớp trong khối xây phải không được nối liên thông với nhau thành tuyến thẳng hàng hay gần thẳng hàng dọc theo phương chịu lực nén. Hiện tượng các mạch vữa đứng của các lớp trong khối xây nối liên thông liên tiếp với nhau thành tuyến dọc theo phương chịu lực nén gọi là sự trùng mạch.

Để xử lý sự trùng mạch trong khối xây nguyên tắc cơ bản là dùng các viên gạch hay đá có một chiều kích thước lớn đặt vắt ngang qua bên trên mỗi mạch vữa đứng của lớp xây ngay bên dưới. Viên gạch đá vắt ngang qua bên trên mỗi mạch vữa đứng gọi là viên khóa mạch, và chiều kích thước vắt vuông góc ngang qua mạch đứng cần khóa mỗi bên một nửa, ký hiệu là D, gọi là chiều khóa mạch của viên khóa mạch. Phần nửa chiều dài khóa mạch của viên khóa mạch nằm về mỗi bên của mạch đứng được khóa, ký hiệu là D/2, gọi là độ khóa mạch. Các mạch đứng lớp dưới được các viên gạch ở ngay bên trên khóa mạch. Tất cả các viên gạch khóa mạch lớp dưới, tự nhiên tạo thành một lớp xây ngay bên trên, khóa mạch lớp dưới.

Đối với xây đá hộc (đá tảng), do hình dạng các viên đá rất đa dạng, không có một tiêu chuẩn thống nhất về độ lớn chiều khóa mạch cho các viên khóa mạch. Nên muốn tránh trùng mạch, chỉ có cách chọn những viên có một chiều kích thước lớn để làm viên khóa mạch. Đối với xây gạch, do gạch là vật liệu nhân tạo, để dễ ràng xử lý trùng mạch khi xây, con người thường sản xuất gạch theo một mo-dul là: bề dài viên gạch L xấp sỉ bằng hai lần bề ngang viên gạch 2B, L ≈ 2B. Vậy nên trong khối xây gạch chỉ có 4 trường hợp sau xảy ra:

• Trường hợp lớp dọc chồng lên lớp dọc (các lớp dọc thuần túy, chồng lên nhau), thì độ lệch mạch D/2 = L/2 , một nửa bề dài viên gạch.
• Trường hợp lớp ngang chồng lên lớp ngang, thì độ lệch mạch D/2 = B/2 = L/4, một phần tư bề dài viên gạch.
• Trường hợp lớp dọc chồng lên lớp ngang, thì độ lệch mạch D/2 = B/2 = L/4, một phần tư bề dài viên gạch.
• Trường hợp lớp ngang chồng lên lớp dọc, thì độ lệch mạch D/2 = B/2 = L/4, một phần tư bề dài viên gạch.

Tóm lại khi xây gạch, để khỏi trùng mạch, độ lệch mạch trong khối xây phải lớn hơn hay bằng (tức không nhỏ hơn) một phần tư chiều dài viên gạch, D/2 ≥ L/4.

Vật liệu tạo thành khối xây, đều là các dạng vật liệu ròn, chịu ứng suất nén rất tốt, nhưng chịu ứng suất kéo kém. Do đó khối xây là loại kết cấu công trình thích hợp cho việc chịu các tải trọng gây ra các ứng lực nén ép vuông góc với các lớp xây, và rất không thích hợp để chịu các tải trọng gây ra ứng lực kéo hay mô men.

Nếu các tải trọng tác dụng thẳng đứng theo phương trọng lực, thì nên sử dụng khối xây dạng trụ, vách đứng (tường, trụ xây) hay dạng khối (như móng) có các lớp xây nằm ngang, hoặc khối xây dạng vòm hay vòm cuốn có các lớp xây dạng rẻ quạt hướng tâm vòm (tức là lớp xây vuông góc với phương tiếp tuyến trục vòm) vì kết cấu dạng vòm chịu tải trọng thẳng đứng thường chỉ xuất hiện ứng lực nén dọc theo phương trục vòm. Khối xây dạng vòm và vòm cuốn, là kết cấu cổ xưa nhất mà con người tạo ra để vượt các nhịp không gian bằng vật các liệu ròn truyền thống, trước khi con người tìm thấy và sử dụng các vật liệu dẻo như thép hay cốt thép trong bê tông để chịu những thành phần ứng lực kéo hay mô men thường có trong các loại kết cấu khác mà cũng có khả năng vượt nhịp không gian như kết cấu dầm, kết cấu dàn, kết cấu dây treo (cáp treo), ...

Nếu sử dụng khối xây chịu các tải trọng ngang thì, nên tạo ra khối xây dạng khối có bề dày lớn (như đê đập), để lợi dụng độ ổn định (cân bằng bền) do bề dày lớn đem lại chống lại tác động của tải trọng ngang (khi đó các lớp xây có thể vẫn nằm theo phương ngang). Trong trường hợp khối xây có bề dày nhỏ nhưng vẫn phải chịu tải ngang như khối xây tường chắn hay khối xây tường bể, thì phải tạo thêm cho khối xây các gân gia cường (trụ liền tường) để phân bớt tải trọng hoặc tường có mặt bên cong lồi về phía chịu áp lực (tương tự hiệu ứng vòm), hay tạo các lớp xây thẳng đứng (trong trường hợp tường bể, tránh trùng mạch theo phương ngang).

Đợt xây

Đợt xây là đơn vị thành phần của khối xây chia theo chiều cao. Khối xây được phân chia thành các phần theo chiều cao gọi là đợt xây vì 2 lý do sau:

• Tầm vóc (chiều cao) của con người là có hạn. Cao độ công tác của mọi người thợ đứng xây tối đa là khoảng 1,5 m so với mặt sàn công tác (ngay dưới chân người thợ). Tầm cao công tác hiệu quả của người thợ là khoảng 0,2-1,2 m so với sàn công tác (0,2-0,7 m là thuận lợi với tư thế ngồi xổm, còn 0,8-1,2 m là thuận lợi với tư thế đứng). Nếu muốn xây các phần khối xây ở độ cao >1,5 m so với nền đất (hoặc sàn nhà) thì phải bắc giáo công tác để người thợ đứng lên đó thi công xây đợt xây cao (chuyển vị trí đứng của người thợ lên độ cao mới là mặt sàn công tác của giáo công tác).
• Khối xây là sự kết hợp giữa hai loại vật liệu là gạch đá, đã có khả năng chịu lực từ trước, với vữa xây - khi xây chưa có khả năng chịu lực mà sẽ phát triển cường độ dần theo thời gian sau khi đông cứng. Cho nên nếu xây quá cao mà vữa chưa kịp đông cứng, khối xây sẽ mất khả năng chịu lực, cần phải hạn chế chiều cao xây để chờ vữa đông cứng.

Chiều cao của một đợt xây khoảng 1,5 m. Trong mỗi đợt xây có một hay nhiều phân đoạn. Xây hết các phân đoạn trong một đợt xây thì nên quay về xây tiếp phân đoạn đầu tiên của đợt xây tiếp trên, sau khi đã bắc giáo công tác.

Phân đoạn xây

Phân đoạn xây là đơn vị thành phần của khối xây được chia ra theo các phương mặt bằng, sao cho đủ khối lượng công tác cho mỗi tổ đội công nhân làm việc đạt năng xuất ngày công 8 giờ đồng hồ, và độc lập về không gian làm việc với các tổ đội khác. Trong một đợt xây có thể có một hay nhiều phân đoạn xây. Một ngày 24 giờ có thể chia tối đa làm 3 ca sản xuất (có thể 1 ca/ngày, 2 ca/ngày, hay 3 ca/ngày), tuy nhiên một tổ đội công nhân mỗi ngày chỉ làm việc trên một phân đoạn duy nhất và trong 8 tiếng đồng hồ. Nếu tổ chức làm nhiều ca trong ngày thì phải tổ chức số lượng tổ đội khác nhau bằng với số ca làm việc, và sắp xếp làm trên các phân đoạn xây độc lập, liên tiếp nhau.

Mỏ xây

các loại mỏ xây

Mỏ xây là gián đoạn kỹ thuật trong khối xây theo phương mặt bằng, giữa hai phân đoạn xây trước và sau, đồng thời là mối nối giữa hai phân đoạn đó. Mỏ xây nằm ở hai đầu mỗi phân đoạn, là nơi kết thúc một phân đoạn. Có 3 loại mỏ xây là: mỏ dật, mỏ nanh và mỏ hốc.

Mỏ dật là loại mỏ xây chất lượng tốt nhất. Cách để mỏ dật là cách xây tự nhiên của các viên gạch khóa mạch đứng, tại đầu mỗi phân đoạn, của mỗi một lớp xây. Do vây, không có sự khác biệt về chất lượng giữa phần khối xây tại vị trí mỏ với phần khối xây nằm trong ruột mỗi phân đoạn xây trước và xây sau. Tuy nhiên, nhược điểm của việc để mỏ dật là diện xây của mỗi phân đoạn giảm dần theo chiều cao khi để mỏ dật, (diện xây có dạng hình thang càng lên cao càng nhỏ dần), dẫn tới năng suất xây giảm dần theo chiều cao khi để mỏ dật.

Mỏ nanh và mỏ hốc thì ngược lại, chất lượng phần khối xây tại vị trí để các loại mỏ này không được tốt: khi để mỏ các viên gạch tạo thành các nanh chìa thường có dạng con-son, mà lại chỉ được giữ bởi một lớp vữa mạch nằm còn tươi và ở dạng lỏng khi xây, nên thường bị gục xuống, không đảm bảo cho lớp xây ngang bằng tại vị trí mỏ; đồng thời các mạch vữa tại vị trí các mỏ này thường không thể no đầy, tạo ra các khe rỗng gây giảm yếu cho khối xây tại vị trí mỏ. Tuy nhiên, ưu điểm của hai loại mỏ này là diện xây không đổi theo chiều cao (tuy có hơi răng cưa tại vị trí mỏ), nên năng suất xây ổn định hơn so với việc để mỏ dật.

cữ xây

Cữ xây là độ dầy trung bình của một lớp xây, bao gồm một lớp gạch đá kèm với một mạch vữa nằm ở bên dưới lớp gạch đá. Trong khối xây đá hộc thường cữ xây bằng khoảng 250-400 mm (mạch vữa khoảng 15 mm). Còn trong khối xây gạch chỉ, cữ xây dầy khoảng 75-77 mm, ( gạch dầy 65 mm, mạch vữa nằm dày khoảng 10 mm).

Phân loại khối xây

Phân loại theo vật liệu thành phần

• khối xây gạch
• khối xây đá

Về thành phần vữa có các loại khối xây:

• Khối xây vữa xi măng cát. Loại này dùng vữa có thành phần gồm cát làm cốt liệu và xi măng là chất kết dính.
• Khối xây vữa tam hợp (ba ta). Loại này sử dụng vữa xây có thành phần kết dính là hỗn hợp của hai hay nhiều chất kết dính (như: vôi kết hợp với xi măng, hay vôi với đường mật mía (vữa cổ truyền),...).
• Khối xây vữa vôi. Thành phần vữa là cát (cốt liệu) và vôi (chất kết dính).

Phân loại theo loại hình kết cấu khối xây (công năng)

• Khối xây móng
• Khối xây trụ gạch hay đá
• Khối xây tường chịu lực (tức là tường mang)
• Khối xây tường chắn (chịu áp lực ngang)
• Khối xây vòm cuốn
• Khối xây đê kè, đập, ...